阪崎克羅諾桿菌在食品生產(chǎn)環(huán)境中的生存策略與毒力機制

Abstract： Cronobacter sakazakii is a gram-negative pathogenic bacterium with a fatality rate of 40% to 80% . The bacterium has shown strong adaptability in food production environments such as infant formula milk powder， and can survive for a long time through mechanisms such as drying tolerance， heat stress response， and biofilm formation， making it an important source of foodborne infections. The results showed that there was a dynamic coupling relationship between environmental adaptation and virulence expression of the bacterium， and its biofilm formation ability was closely related to a variety of virulence factors. This study focused on the survival strategy and virulence mechanism of Cronobacter sakazakii in the food production environment， explored its threat to neonates and immunocompromised populations， and analyzed the current challenges of prevention and control and the application prospects of new intervention technologies， aiming to provide a theoretical basis and technical breakthrough points for food safety production.

Keywords： Cronobacter sakazakii; survival strategies; virulence mechanisms; food safety; novel intervention technologies

阪崎克羅諾桿菌（Cronobacter sakazakii）是一種革蘭氏陰性致病菌，尤其對新生兒、早產(chǎn)兒及免疫缺陷人群構(gòu)成嚴(yán)重威脅，致死率在 40%～80% 。該菌在食品生產(chǎn)環(huán)境（如嬰兒配方乳粉工廠）中展現(xiàn)出極強的環(huán)境適應(yīng)性，可通過干燥耐受、熱應(yīng)激響應(yīng)和生物膜形成等機制長期存活，成為食源性感染的重要源頭[1]。近年來，全球范圍內(nèi)由阪崎克羅諾桿菌引發(fā)的感染事件頻發(fā)，2024 年加拿大因該菌污染召回嬰幼兒谷物產(chǎn)品，美國食品藥品監(jiān)督管理局（Foodand Drug Administration，F(xiàn)DA）更將其列為法定報告病原體，凸顯其公共衛(wèi)生重要性 [2]。

環(huán)境適應(yīng)與毒力表達的動態(tài)耦合是阪崎克羅諾桿菌致病性的核心特征。研究表明，干燥脅迫可誘導(dǎo) OmpA 蛋白超表達，增強其對腦內(nèi)皮細(xì)胞的穿透能力；酸性預(yù)適應(yīng)則通過RpoS（轉(zhuǎn)錄起始因子）調(diào)控膜脂重構(gòu)，提升巨噬細(xì)胞內(nèi)生存率[3]。其生物膜形成受 bcsG-R 雙模塊系統(tǒng)調(diào)控，纖維素基質(zhì)不僅提供物理屏障，還可作為群體感應(yīng)信號（如 LuxS/AI-2）的傳遞媒介，協(xié)調(diào)毒力基因表達。最新蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，EnvZ（膜結(jié)合的傳感器激酶）/OmpR（響應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白）雙組分系統(tǒng)通過調(diào)控 MalK 和 GrxC 蛋白表達，影響能量代謝與氧化還原穩(wěn)態(tài)，進而介導(dǎo)干燥耐受和宿主免疫逃逸 [4]。

當(dāng)前對于阪崎克羅諾桿菌的防控面臨雙重挑戰(zhàn)：① 該菌通過 glpT（編碼基因）等移動遺傳元件獲得磷霉素耐藥性，多重耐藥菌株檢出率逐年上升； ② 傳統(tǒng)消毒手段對生物膜內(nèi) VBNC（可存活非可培養(yǎng)）狀態(tài)菌株效果有限。2024 年研究提出的雙受體噬菌體雞尾酒療法（如 CR8/S13 組合）通過靶向鞭毛和脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）受體，可延緩耐藥突變并降低宿主細(xì)胞侵襲力，為精準(zhǔn)防控提供新思路。此外，納米載體包被的群體感應(yīng)抑制劑和膜電位干擾型抗菌肽等創(chuàng)新技術(shù)，通過破壞生物膜 - 宿主界面物質(zhì)交換，展現(xiàn)出應(yīng)用潛力[5]。

本文系統(tǒng)分析阪崎克羅諾桿菌環(huán)境生存策略與毒力機制的分子互作網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合多組學(xué)數(shù)據(jù)與新型干預(yù)技術(shù)，為食品安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)突破點。

1 環(huán)境持久性策略的分子機制

阪崎克羅諾桿菌作為一種革蘭氏陰性細(xì)菌，因其在極端環(huán)境條件下強大的生存能力而受到廣泛關(guān)注。該菌在食品生產(chǎn)環(huán)境（如嬰兒配方乳粉工廠）中展現(xiàn)出極強的適應(yīng)性，能夠通過多種分子機制應(yīng)對干燥、熱應(yīng)激和酸性環(huán)境等挑戰(zhàn)。筆者從干燥耐受與滲透壓響應(yīng)、熱應(yīng)激適應(yīng)與交叉保護、生物膜形成與群體感應(yīng)等方面探討該菌的環(huán)境持久性策略。

1.1 干燥耐受與滲透壓響應(yīng)

阪崎克羅諾桿菌能夠通過 OpuC 和 ProP 轉(zhuǎn)運系統(tǒng)有效積累甘氨酸、甜菜堿等滲透保護劑，以維持細(xì)胞內(nèi)的滲透穩(wěn)態(tài)。這些相容性溶質(zhì)在高滲透壓環(huán)境中起到保護細(xì)胞膜的作用，使細(xì)菌能夠在干燥條件下存活 [6]。外膜蛋白 OmpW 和 OmpA 在調(diào)控膜完整性方面發(fā)揮著重要作用，OmpW 參與響應(yīng)高滲透壓，而 OmpA 則能促進生物膜的形成，增強細(xì)胞對環(huán)境壓力的抵抗力。

RpoS 和RpoN 作為全局調(diào)控因子，能激活熱休克蛋白（Hsp20）及鉀離子外排系統(tǒng)（KefA），顯著提升阪崎克羅諾桿菌在極端干燥條件下的存活率。研究表明，在干燥處理后，該菌株的存活率提高了3.5 倍，表明了RpoS/RpoN 通路在干燥耐受中的關(guān)鍵作用[7]。此外，Hsp20 的上調(diào)有助于細(xì)胞在高溫和干燥條件下維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，從而提高細(xì)胞存活率。

1.2 熱應(yīng)激適應(yīng)與交叉保護

阪崎克羅諾桿菌中的 thrB-Q 基因簇被認(rèn)為是增強熱耐受性的關(guān)鍵因素。攜帶該基因簇的菌株在58^°C 下的存活率比不攜帶該基因簇的突變株高出3.2 倍。這一基因簇編碼熱穩(wěn)定酶系，如硫胺素合成酶，能夠幫助細(xì)菌在高溫環(huán)境中維持代謝活動。

亞致死熱應(yīng)激（如 45°C 短時暴露）能夠誘導(dǎo)阪崎克羅諾桿菌激活酸（ pH=4.2 ）和滲透壓（ 0.3mol?L^-1NaCl. ）耐受基因。這種交叉保護效應(yīng)使得細(xì)菌在經(jīng)歷一次壓力后，對其他類型壓力的抵抗力顯著增強。例如，當(dāng)暴露于亞致死溫度時，細(xì)菌能夠通過調(diào)節(jié)膜脂成分和增強內(nèi)源性抗氧化酶的表達來提高對后續(xù)壓力的耐受能力[8]。

1.3 生物膜形成與群體感應(yīng)

纖維素合成雙模塊系統(tǒng)方面，阪崎克羅諾桿菌 通 過 bcsG-bcsA 基 因 調(diào) 控 胞 外 多 糖（ExopolySaccharides，EPS）的合成，形成生物膜以抵御外部壓力。研究表明，敲除 bcsG 會導(dǎo)致 EPS 減少 67% ，從而顯著降低生物膜形成能力[9]。生物膜不僅提供了物理屏障，還能通過限制抗生素和消毒劑的滲透，提高細(xì)菌對環(huán)境壓力的抵抗力。

LuxS/AI-2 信號網(wǎng)絡(luò)方面，LuxS/AI-2 群體感應(yīng)信號網(wǎng)絡(luò)在協(xié)調(diào)生物膜成熟與毒力基因表達方面發(fā)揮著重要作用。luxS突變株表現(xiàn)出 41% 的黏附率降低，這表明群體感應(yīng)信號對生物膜形成和宿主黏附能力至關(guān)重要 [10]。通過調(diào)節(jié)毒力基因表達，群體感應(yīng)使得阪崎克羅諾桿菌能夠在競爭激烈的環(huán)境中占據(jù)優(yōu)勢，并有效地抵御宿主免疫系統(tǒng)。

2 毒力表達與宿主互作機制

阪崎克羅諾桿菌作為一種重要的食源性病原體，其致病性和對宿主的侵襲能力主要依賴于其多種毒力機制。這些機制不僅使其能夠在環(huán)境中持久存活，還使其在感染宿主后能夠有效地逃避免疫系統(tǒng)的攻擊。

2.1 宿主侵襲與免疫逃逸

阪崎克羅諾桿菌通過外膜蛋白 OmpA 和 OmpX介導(dǎo)血腦屏障的穿透。研究發(fā)現(xiàn)，臨床分離株的OmpA表達量比環(huán)境株高出3.8 倍，這直接導(dǎo)致了其侵襲效率提升 2.5 倍 [11]。OmpA 不僅參與細(xì)菌的黏附過程，還在細(xì)菌侵入宿主細(xì)胞時發(fā)揮重要作用。OmpX 則被認(rèn)為在細(xì)菌與宿主細(xì)胞相互作用中起到輔助作用，可促進細(xì)菌的定植和侵襲。

阪崎克羅諾桿菌通過 PmrA/PmrB 系統(tǒng)調(diào)控脂質(zhì) A 的磷酸乙醇胺化，降低 Toll 樣受體 4（Toll-LikeReceptor 4，TLR4）對其脂多糖的識別效率。這種修飾使得細(xì)菌能夠減少被宿主免疫系統(tǒng)識別的機會，從而降低白細(xì)胞介素 -6（Interleukin-6，IL-6）等炎癥因子的分泌量 [12]。這種免疫逃逸機制使得阪崎克羅諾桿菌能夠在宿主體內(nèi)生存和繁殖，尤其是在新生兒和免疫缺陷個體中。

2.2 代謝適應(yīng)性進化

阪崎克羅諾桿菌具備有效的鐵攝取機制，包括Cronobactin 和 Feo 系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠螯合宿主中的鐵離子，從而抑制中性粒細(xì)胞 NETs（胞外誘捕網(wǎng)）的形成。鐵是細(xì)菌生長和代謝所必需的重要元素，阪崎克羅諾桿菌通過這些機制有效地從宿主中獲取鐵資源，以支持其生長和繁殖 [13]。

阪崎克羅諾桿菌還具備利用宿主唾液酸的能力，通過 nanA 和 nanK 基因編碼相關(guān)酶，使其能夠?qū)⑼僖核嶙鳛樘荚催M行代謝。這一特性使得阪崎克羅諾桿菌在腸道中的定植效率提高了4.8 倍，增強了其在宿主體內(nèi)的競爭力[14]。

2.3 抗藥性與持久性亞群

阪崎克羅諾桿菌通過移動遺傳元件獲得抗藥性，如人糖脂轉(zhuǎn)移蛋白（Human Glycolipid TransferProtein，GLPT）基因水平轉(zhuǎn)移導(dǎo)致磷霉素最小抑菌濃度（Minimum Inhibitory Concentration，MIC）升至512μg?mL^-1 。此外，多藥抗性相關(guān)基因A（MultidrugResistance-Associated Gene A，MARA）調(diào)控多藥外排泵 AcrAB-TolC，使得該菌株對多種抗生素產(chǎn)生耐藥性 [15]。這種耐藥性的增加使得治療由阪崎克羅諾桿菌引起的感染變得更加困難。

在消毒壓力下，阪崎克羅諾桿菌能夠誘導(dǎo)VBNC 狀態(tài)，這是一種生存策略。在這種狀態(tài)下，該菌株表現(xiàn)出比可培養(yǎng)狀態(tài)更高的存活率（提高4.7 倍），并且在巨噬細(xì)胞內(nèi)存活能力顯著增強。研究發(fā)現(xiàn)，在 VBNC 狀態(tài)下，OmpW 和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）基因表達顯著上調(diào)，這有助于細(xì)菌抵御宿主產(chǎn)生的活性氧攻擊[16]。

3 存在的問題及防控策略

阪崎克羅諾桿菌是一種重要的食源性病原體，尤其在新生兒和免疫缺陷人群中容易引發(fā)嚴(yán)重感染。當(dāng)前的防控策略主要體現(xiàn)在食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)控制和抗生素治療感染兩個方面。通過使用 70^°C 以上的巴氏殺菌工藝，可有效滅活該菌；該菌對頭孢三代（頭孢他啶、頭孢噻肟）及氨基糖苷類（慶大霉素）普遍敏感，臨床治療結(jié)合藥敏試驗，優(yōu)先選擇敏感抗生素可以有效降低治療失敗風(fēng)險。但隨著耐藥性菌株的增加和對傳統(tǒng)防控措施的局限性認(rèn)識，開發(fā)新型干預(yù)技術(shù)和策略顯得尤為重要。

但傳統(tǒng)防控技術(shù)仍存在一定的局限性。 ① 巴氏殺菌效果不足。巴氏殺菌是食品工業(yè)中常用的消毒方法，旨在殺滅細(xì)菌以提高食品安全。然而，研究表明，巴氏殺菌對生物膜內(nèi)菌體的滅活率僅為 82%^[17] 。生物膜中的細(xì)菌由于其特殊的結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)，能夠更有效地抵御外部壓力，從而導(dǎo)致殺滅效果不佳。此外，阪崎克羅諾桿菌能夠在不利環(huán)境條件下誘導(dǎo)可存活非可培養(yǎng)狀態(tài)，這些 VBNC 菌株在消毒后仍然可以復(fù)蘇，引發(fā)二次污染。這一現(xiàn)象使得傳統(tǒng)消毒手段在實際應(yīng)用中面臨挑戰(zhàn)。 ② 耐藥性風(fēng)險加劇。近年來，阪崎克羅諾桿菌的耐藥性問題日益嚴(yán)重。數(shù)據(jù)顯示，從 2018 年到 2023 年，磷霉素耐藥株的檢出率從 12% 上升至 37%^[18] 。這種耐藥性的增加不僅使得治療感染變得更加困難，也加大了耐藥基因傳播的風(fēng)險。耐藥基因通過水平轉(zhuǎn)移等機制在細(xì)菌間傳播，使得原本對抗生素敏感的細(xì)菌也可能變得耐藥，從而影響公共衛(wèi)生安全。

基于上述局限性，相關(guān)人員提出了新型干預(yù)技術(shù)。 ① 雙受體噬菌體療法。研究表明，噬菌體 CR8和 S13 分別靶向細(xì)菌的鞭毛（FlgK）和脂多糖，能夠顯著提高生物膜清除率，達到 89%^[19] 。此外，這種組合療法還可以延遲耐藥突變的出現(xiàn)，提高治療效果。通過靶向不同受體，該療法不僅提高了噬菌體對阪崎克羅諾桿菌的感染能力，還降低了細(xì)菌對抗生素的耐藥性。 ② 納米載體技術(shù)是另外一種新興的抗微生物策略。研究發(fā)現(xiàn)，銀納米顆粒負(fù)載 N- 乙酰高絲氨酸內(nèi)酯（N-acylHomoserineLactone，AHL）類似物能夠有效抑制阪崎克羅諾桿菌中的 LuxS 表達，使其群體感應(yīng)能力降低 280% 。這種抑制作用與頭孢噻肟聯(lián)用時，使其最小抑菌濃度降為原來的 1/8^[20] 。這表明納米載體技術(shù)不僅能直接抑制細(xì)菌生長，還能增強傳統(tǒng)抗生素的效果，為治療提供了新的思路。③ 抗菌肽 LL-37 被認(rèn)為是對抗阪崎克羅諾桿菌的一種有效手段。研究顯示，LL-37 能夠誘導(dǎo)細(xì)胞膜超極化，從而破壞細(xì)胞能量代謝，使 VBNC 狀態(tài)下的阪崎克羅諾桿菌滅活率達到 99.3% 。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新型抗微生物劑提供了理論基礎(chǔ)，同時也為臨床治療提供了新的選擇。

4 結(jié)語

隨著耐藥性問題日益嚴(yán)重，對抗性基因傳播機制及其動力學(xué)模型的構(gòu)建顯得尤為重要。通過建立相關(guān)模型，可以更好地理解耐藥基因在不同環(huán)境中的傳播途徑及其影響因素，從而制訂出更有效的控制策略。此外，這些模型還可以用于評估新型干預(yù)措施的有效性，為公共衛(wèi)生政策提供科學(xué)依據(jù)。此外，未來的研究應(yīng)集中開發(fā)基于 EnvZ/OmpR 雙組分系統(tǒng)的靶向抑制劑。該系統(tǒng)在調(diào)控環(huán)境信號與毒力表達耦合中起著關(guān)鍵作用，通過阻斷該信號通路，可以有效降低阪崎克羅諾桿菌在宿主內(nèi)的致病性。對EnvZ/OmpR 系統(tǒng)相關(guān)基因進行深入研究，有助于識別新的靶點，為新型抗微生物劑開發(fā)提供基礎(chǔ)。同時，結(jié)合噬菌體和納米載體技術(shù)，開發(fā)出更為高效的復(fù)合制劑，以提高對阪崎克羅諾桿菌等病原體的控制效果。在這一過程中，需要優(yōu)化遞送系統(tǒng)，以確保活性成分能夠有效到達目標(biāo)部位，并發(fā)揮最大效能。

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